Redis随笔记录

1. 选用redis原因？

   传统关系型数据类已经不能适应于所有场景了，比如秒杀扣减库存，App首页的访问流量高峰等等，都容易让数据库崩溃，所以需要引入缓存中间件。目前比较常用的缓存中间件由redis和memcached,结合其优缺点，最终选择redis。

2. redis的数据结构？(了解其使用场景)

   redis自身是一个map类型的存储方式，其中所有的数据都是采用key:value的形式存储

   我们讨论的数据类型只的是存储的数据类型，也就是value部分的类型，key部分永远都是字符串

​ 字符串String,字典hash,列表List,集合set,有序集合SortedSet.

(3条消息) 【Redis】五种数据类型及其使用场景_愿万事胜意-CSDN博客_redis五种类型使用场景

3. 如果大量的key需要设置同一时间过期，需要注意什么？

   如果大量的key过期时间设置的过于集中，到过期的那个时间点，redis可能会出现短暂的卡顿现象。严重的话会出现缓存雪崩。因此我们一般需要在过期时间上加一个随机值，使得过期时间分散一些。

4. 使用redis实现分布式锁？

​ 先拿setnx来争抢锁，抢到之后，再用expire给锁加一个过期时间，防止忘记释放锁。

​ 若在setnx之后，expire之前，进程意外crash或者要重新维护了会怎样，怎么办？

​ 锁没法释放了，不过可以同时把setnx和expire合成一条指令来使用，避免这个问题。

5. 假如redis里面有10亿个key,其中10w个key是以某个已知的前缀开头的，如何将他们找出来----使用KEYS指令可以扫出指定模式的KEY列表。

   如果这个redis正在给线上的业务提供服务，那使用keys指令会造成什么影响？

   redis是单线程的。Keys指令会导致线程阻塞一段时间，线上服务会停止，直到指令执行完毕，服务才会恢复。这个时候可以使用SCAN指令（增量式迭代命令—缺点：在对键进行增量式迭代过程中，键可能会被修改，所以增量式迭代命令只能对被返回的元素提供有限的保证），该指令可以无阻塞的提取出指定模式的Key列表，但是有一定的重复概率，不过没关系，我们可以去客户端做一次去重。不过整体花费的时间比keys指令长。

6. 如何使用redis做异步队列？

   一般使用list结构作为队列，rpush生产消息，lpop消费消息，当lpop没有消息的时候，要适当sleep一会在重试。

   若不使用sleep那？—使用list的bloop,在没有消息的时候，它会阻塞直到消息的到来。

   如何生产一次消费多次----使用Pub/sub主题订阅者模式，可以实现1：N的消息队列

   那Pub/sub主题订阅模式有什么缺点？—在消费者下线的时候，生产的消息会丢失，需要使用专业的消息队列如rocketMQ等。

7. 如何用redis实现延时队列

   使用sortedset，将时间戳作为score，消息内容作为key，调用zadd来生产消息，消费者用zrangebyscore指令获取n秒之前的数据，轮询进行处理。

8. redis是如何持久化的，服务主从数据是怎么交互的？

   rdb做镜像全量持久化，aof做增量持久化。因为rdb会耗费较长时间，不够实时，在停机的时候会导致大量丢失数据，所以需要aof配合使用。在redis实例重启时，会使用rdb持久化文件重新构建内存，再使用aof重放最近的操作指令来实现完整恢复重启之前的状态。（理解：将rdb理解成一整个表全量的数据，AOF理解为每次操作的日志，服务器重启时先把表的数据全部导进去，但是可能不完整，因此还需要回放一下日志，是数据完整）redis本身机制：AOF持久化开启且存在AOF文件时，优先加载AOF文件，AOF关闭或者AOF文件不存在时，加载RDB文件，加载AOF/RDB文件后，redis启动成功，当AOF/RDB文件存在错误，redis启动失败并打印错误信息。

   机器断电会怎样？—取决于AOF日志sync属性的配置，如果不要求性能，在写每条指令时都sync一下磁盘，就不会丢失数据，但是在高性能的要求下，不现实，一般使用定时sync,比如一秒一次，这时候最多丢失1s的数据。

   RDB原理—fork and cow。fork是指redis通过创建子进程来进行RDB操作，cow时copy on write，子进程创建后，父子进程共享数据段，父进程继续提供读写服务，写脏的页面数据会逐渐和子进程分离开来。（AOF/RDB原理和优缺点下来去掌握）

9. redis的同步机制？

   redis可以使用主从同步，从从同步。第一次同步时，主节点做一次bgsave，并同时将后续的修改操作记录到内存buffer，待完成后将RDB文件全量同步到复制节点，复制节点接受完成后将RDB镜像加载到内存。加载完成后，再通知主节点将期间修改的操作记录同步到复制节点进行重放，就完成了同步过程。后续的增量数据通过AOF日志同步即可，有点类似数据库的binlog.

10. 是否使用过redis集群，集群高可用怎么保证，集群原理是什么？

​ redis sentinal着眼于高可用，在master宕机时会自动将slave提升为master，继续提供服务。

​ redis cluster着眼于扩展性，在单机redis内存不足时，使用cluster进行分布式存储。

5. 缓存雪崩

​ 目前电商首页以及热点数据都会去做缓存，一般缓存都是定时任务去刷新，或者是查不到之后去更新的，这里定时任务刷新就有一个问题。举个简单的例子。如果首页的key失效时间都是12小时，中午12点刷新的。现在0点有个秒杀活动大量用户涌入，假设当时每秒6000个请求，本来缓存存在可以扛住每秒5000个请求，但此时缓存中所有的key都失效了。此时1秒6000个请求全部落在了数据库，数据库会扛不住，重启，但重启的数据库立马又会被新的流量打死。这就是我理解的缓存雪崩。

如何解决？

①在批量往redis存数据的时候，把每个key的失效时间都加个随机值，这样就保证数据不会在同一时间大面积失效。

setRedis(key,value,time + Math.random()*10000);

②如果redis是集群部署，将热点数据均匀分布在不同的redis库中也能避免全部失效的问题（不过一般在项目中做集群的时候，单个服务都是对应单个redis分片，是为了方便数据管理，但也同样有了雪崩的弊端，失效时间随机是个很好的策略）

③设置热点数据永远不过期，当有更新时就更新缓存就好了。（电商首页数据就可以用这个操作）

5. 缓存穿透

​ 缓存穿透是指缓存和数据库中都没有的数据，而用户不断发起请求。比如我们数据库的id都是1开始自增上去的，如发起id值为-1的数据或者id特别大不存在的数据。造成数据库压力过大，严重会击垮数据库。

解决----在接口层增加校验，比如用户鉴权校验，参数校验，不合法的参数直接return，比如：id做基础校验，id<=0的直接拦截等。

从缓存中取不到的数据，在数据库中也取不到，这是可以将对应的Key的value写为null，位置错误，稍后重试这样的值。并设置一个缓存失效时间，缓存有效时间可以设置短点，这样就不会多次请求数据库了，第二次就会直接返回null.

采用布隆过滤器，使用一个足够大的bitmap，用于存储可能访问的key,不存在的key直接被过滤。

6. 缓存击穿

   缓存击穿是指一个KEY非常热点，在不停的扛着大并发，大并发集中对这个KEY进行访问，当这个KEY在失效的瞬间，持续的大并发就穿破缓存，直接请求数据库。

   解决：

   ①设置热点数据永远不过期

   ②在访问key之前，采用setnx来设置另一个短期key来锁住当前key的访问，访问结束后再删除该短期key.

   一般避免上述4，5，6情况发生我们可以从三个时间段去分析

   事前：redis高可用，主从+哨兵，redis cluster,避免全盘崩溃

   事中：本地ehcache缓存 + Hystrix 限流+降级，避免mysql被打死

   事后：redis持久化 RDB + AOF，一旦重启，自动从磁盘上加载数据，快速恢复缓存数据。

7. redis快的原因

   ①完全基于内存，它的数据在内存中

   ②数据结构简单，对数据操作也简单，redis中的数据结构是专门进行设计的

   ③采用单线程，避免了不必要的上下文切换和竞争条件，也不存在多进程或者多线程导致的切换而消耗CPU，不用去考虑各种锁问题，不存在加锁释放锁操作，没有因为可能出现死锁而导致性能消耗；

   ④NIO，使用多路I/O复用模型，非阻塞IO；（再去加深印象）

   —单线程，我们服务器现在都是多核的，不会很浪费？

   我们可通过在单机开多个redis实例

   —如何解决单机瓶颈

   集群部署（redis cluster）,并且是主从同步，读写分离。redis cluster 支持N个redis master node,每个master node都可以挂载多个slave node.这样redis就可以横向扩容。如果你要支持更大数量的缓存，那就横向扩容更多的master节点，每个master节点就能存放更多的数据了。

   ----master，slave如何交互？redis如何持久化，redis数据在内存中，一断电或者重启不就没有了？

   持久化是redis高可用比较重要的一个环节，因为redis的数据在内存中，所以必须要持久化。我了解到的持久化有两种方式：

   AOF：对每条写入命令作为日志，以append-only的模式写入一个日志文件中，因为这个模式是只追加的方式，所以没有任何磁盘寻址开销，所以很快，像MySQL中的binlog。

   缺点：一样的数据，AOF文件比RDB还要大。

   RDB：对redis中的数据做周期性的持久化。

   优点：rdb对redis的性能影响非常小，因为在同步数据的时候它只是fork了一个子进程去做持久化的，而且他在数据恢复的时候速度比aof快。

   缺点：RDB都是快照文件，都是默认5分钟甚至更久的时间才会生成一次，这就意味着这次同步到下次同步这5分钟的数据都很有可能全部丢失。AOF则最多丢失1秒的数据。还有就是RDB在生成数据快照的时候，如果文件很大，客户端可能会暂停几毫秒甚至几秒。

   ----redis保证集群高可用方式？

   哨兵集群sentinel

   哨兵必须使用三个实例去保证自己的健壮性，哨兵+主从不能保证数据不丢失，但是可以保证集群高可用。（M1所在的机器挂了，哨兵还有两个，两个人一看他不是挂了嘛，那我们就选举一个出来执行故障转移不就好啦）

   哨兵组件功能：

   ①集群监控：负责监控master and slave进程是否正常工作

   ②消息通知：如果某个redis实列有故障，那么哨兵负责发送消息作为报警通知给管理员

   ③故障转移：如果 master node挂掉了，会自动转移到slave node上

   ④配置中心：如果故障发生转移了，通知client客户端新的master地址

   ----redis主从之间是如何同步的？

   这个我先说一下为什么会用到主从同步这样的模式，前面提到单机的QPS是有上限的，而且redis的特性就是支撑必须读高并发的，如果一台机器又读又写肯定是不行的。因此这个时候我们可以让这个master去写，数据同步给slave，他们都拿去读，master就分发掉了大量请求，而且扩容的时候还可以轻松实现水平扩容。那么回到正题，怎么扩容呐？

   当启动一台slave的时候，它会发送一个psync命令给master，如果这个slave是第一次连接到master，它会触发一个全量复制。master就会启动一个线程，生成RDB快照，还会把新的写请求都缓存在内存中，RDB文件生成后，master会将这个RDB发送给slave的，slave拿到之后做的第一件 事情就是写进本地磁盘，然后加载进内存。然后master会把内存里面的那些缓存的那些重新命名都发给slave。

   ----那数据传输的时候断网或者服务器挂了？

   传输过程中有什么网络问题的，会自动重连的，并且连接之后会把缺少的数据补上的。

8. 内存淘汰机制

   redis的过期策略：定期删除+惰性删除

   定期删除：比如默认100s就随机抽一些设置了过期时间的key，去检查是否过期，过期就删了。

   惰性删除：等来查询我就看你过期没，过期就删了并且不返回，没过期就该怎样就怎样。

   -----内存淘汰机制

   LRU（最近最少使用）

class LRUCache<K,V> extends LinkedHashMap<K,V>{
    private final int CACHE_SIZE;
    public LRUCache(int cacheSize){
        //true 表示让LinkedHashMap 按照访问顺序来进行排序，最近访问的放在头部，最老访问的放在尾部
        super((int)Math.ceil(cacheSize / 0.75) + 1,0.75f,true);
        CACHE_SIZE = cacheSize;
    }
    @Override
    protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry<K,V> eldest){
        //当map中的数据量大于指定的缓存个数的时候，就自动删除最老的数据
        return size() > CACHE_SIZE;
    }
}

9. 多个操作系统同时操作（并发）redis带来的数据问题？

   某个时刻，多个系统都去更新某个key。可以基于Zookeeper实现分布式锁。每个系统通过zookeeper获取分布式锁，确保同一时间，只能有一个系统实列在操作某个key，别人都不允许读和写。

   我要写入缓存的数据都是从数据库里查出来的，然后都得写入数据库中，写入数据库的时候必须保存一个时间戳，从数据库查出来的时候，时间戳也查出来。每次要写之前，先判断一下当前这个value的时间戳是否比缓存里的value的时间戳要新。如果是的话，那么可以写，否则，就不能用旧的数据覆盖新的数据。

10. redis的线程模型？

    redis内部使用文件事件处理器 file event handler，这个文件事件处理器是单线程的，所以redis才叫做单线程模型。它采用IO多路复用机制同时监听多个socket，根据socket上的事件来选择对应事件处理器进行处理。多个socket可能会并发产生不同的操作，每个操作对应不同的文件事件，但是IO多路复用程序会监听多个socket，会将socket产生的事件放入队列中排队，事件分派器每次从队列中取出一个事件，把该事件交给对应的事件处理器进行处理。

    文件事件处理器结构：

    ①多个socket

    ②IO多路复用程序

    ③文件事件分派器

    ④事件处理器

11. 双写数据不一致问题？

    缓存+数据库读写模式

    读的时候，先读缓存，缓存没有的话，就读数据库，然后取出数据放入缓存，同时返回相应。

    更新的时候，先更新数据库，然后再删除缓存

    —为什么是删除缓存，而不是更新缓存？

    因为很多时候，在复杂点的缓存场景中，缓存不单单是从数据库中直接取出来的值。比如更新了某个表的一个字段，然后其对应的缓存，是需要查询另外两个表的数据并进行运算，才能计算出缓存最新的值的。

    更新缓存开销大，一般我们是用到缓存才去算缓存。